区域重力异常值的交叉点平差实例分析(2)

　　2. 重力异常数据

　　2.1 重力异常的概念。

　　重力异常是物理大地测量里的一个重要概念，它指的是观测点的实际重力值与大地水准面上相应点的正常重力值的差值。重力异常值是在大地水准面的确定中的初始观测值，在地球形状的研究中具有重要意义。

　　我们知道，地球外部的扰动位 T可以表示为，

　　T(r,θ,λ)=GM r∑∞ n=2〔R r〕n∑n m=0(nmcosmλ+nmsinmλ)nm(cosθ)

　　而重力异常则为，

　　Δg=T h

　　这里， Δg即为重力异常。 

　　2.2 重力异常数据。

　　本实例所采用数据为在英国西部的一组船测重力数据。观测区域大概位于60.53 N~60.96 N和3.66 W~4.87 W (见图1)， 共包括120条测线(见图4(a))。每条测线上的相邻采样点间隔大约为20~30m(见图4(b))， 数据文件中给出了每个采样点上的当地坐标、大地坐标、重力异常T??ze ?和海深数据(bathy)，采样点总数约为310000个。格网化后的重力异常值见图5，格网大小为100m×100m 。

　　3. 重力异常数据的交叉点平差

　　3.1 重叠层块法的计算结果。

　　3.1.1 对观测区域的重力异常值的交叉点平差分别采用了重叠层块法和全交叉点搜索法。重叠层块法的程序采用的是GMT中的软件包x2sys，具体的操作步骤如下：

　　（1）提取原始观测数据中的当地坐标 (x,y)和重力异常数据tze，并按不同的测线方向(东南——西北，东北——西南)保存为两个文件。

　　（2）定义数据头文件tze.def， 文件中规定了数据文件的格式及其它相关信息。

　　（3）使用x2sys_init命令初始化交叉点数据集，创建两个包含所有交叉点信息的文件，包括交叉点及其所在测线的信息。?

　　（4）使用x2sys_cross进行交叉点坐标及交叉点上观测值的平差计算，x2sys_cross命令的参数包括第一步中保存的两个数据文件、第二步中的头文件和第三步中创建的文件。?

　　3.1.2最终计算结果为一个四列数据的ASCII文件，分别为交叉点的当地坐标信息和交叉点上按不同测线方向分别进行平差之后的重力异常值。使用GMT计算得到的交叉点总共有1678个，每个点上都有两个重力异常值(经过交叉点的不同测线内插平差所得)。按 100m×100m 大小对整个区域不同方向测线得到的重力异常值(结果文件中第三列和第四列数据)进行格网化，然后求差，得出交叉点上的重力异常值之差，如图6所示。可以看出，交叉点上不同方向测线内插得出的重力异常值之差最大不超过±0.03 mGal， 考虑到整个测区的重力异常值均方根(RMS)为6.32mGal， 所以，不同测线上的内插结果符合得是非常好的，也说明了重力异常值的观测结果的质量是很好的。

　　3.2 全交叉点搜索法的计算结果。

　　（1）全交叉点搜索法的计算软件采用的是文献(Hsu,1993)中公布的Fortran77源程序，包括两个文件：xoverh.f用来计算交叉点的位置，xcorr.f用来对观测数据进行平差并获取改正值，最后用经过改正后的数据内插计算交叉点位置处的重力异常值。与重叠层块法相同，同样可以按不同测线方向分别计算交叉点处的重力异常值。

　　（2）全交叉点搜索法计算得出的总交叉点个数为1691个，格网化后的计算结果如图7所示，可以看出，交叉点上不同方向测线内插得出的重力异常值之差最大也不超过±0.03mGal，与重叠层块法的结果大致相同。

　　3.3 不同方法计算结果的比较。

　　（1）由于重叠层块法与全交叉点搜索法的原理与算法不同，可以根据计算结果对两种不同方法进行比较。首先，在数值计算结果方面，两种方法计算得出的格网化后的重力异常值之差的差别很小，如图8所示，两种方法的最大差值在-0.015~+0.01之间，说明了两种不同方法的一致性和可靠性。

　　（2）在搜索的交叉点总个数方面，重叠层块法为1678个，全交叉点搜索法为1691个。后者比前者多出13个，说明后者在交叉点搜索方面的可靠性要优于前者。在计算时间方面，使用2.4GHz的Intel Core 2 Duo处理器，GMT的重叠层块法为不超过10秒，而全交叉点搜索法的计算时间约为5分钟，说明前者的计算效率要大大优于前者。

　　4结论

　　4.1 通过对交叉点平差的原理介绍及实例分析，我们可以得出如下结论：

　　（1）交叉点平差是一种可以有效检验观测数据质量，改进原始观测数据误差的方法。

　　（2）重叠层块交叉点平差法具有计算速度快，计算结果可靠等优点。又由于GMT自带的x2sys交叉点平差软件包，使用起来非常方便。

　　（3）相比于重叠层块法，全交叉点搜索法的特点是对交叉点的搜索效率高，但也正是由于其对搜索算法完美性的追求，导致了计算速度相对较慢。

　　（4）通过对两种方法的对比分析，两种方法的计算结果基本一致，符合得非常好。证明了本文实例中观测区域内的重力异常数据精度较高，观测结果可靠，也说明了本文介绍的两种方法的可靠性。

　　4.2 作为一种有效的数据检验和处理方法，交叉点平差法在各个领域都有着广泛的应用。随着对交叉点平差方法的进一步研究，例如计算效率的提高，不同内插方法使用和分析，交叉点平差方法的可靠性和稳定性会得到不断的提高，势必称为一种更加高效和受欢迎的数据分析处理工具。

　　参考文献

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